一种压电液压位移放大装置

1.本发明涉及位移放大器技术领域，特别是涉及一种压电液压位移放大装置。

背景技术：

2.压电驱动可以实现较大的出力和一定量的位移，但是难以满足一般的需求，所以一般都是基于压电驱动通过摩擦等形式来累积位移实现大位移，或者采用机械位移放大机构，诸如柔性铰链位移放大机构等实现位移放大，但机械机构的位移放大必然存在在柔性铰链处的损耗和迟滞等问题。基于摩擦累积放大位移难以实现精准的宏-微结合，即由于摩擦累积带来的有回退和误差累积，难以实现大行程和高精度，而柔性铰链存在铰链处的损耗和疲劳损坏，也会对位移的输出精度造成重大影响。

技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种压电液压位移放大装置，解决了上述问题，可以实现任意比例的位移放大，能够同时具有高精度和大行程。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种压电液压位移放大装置，包括依次连接的头部放大单元、中间放大单元、尾部放大单元和驱动终端转接单元，所述头部放大单元、所述中间放大单元、所述尾部放大单元的左侧均设置有滑移腔；
5.所述头部放大单元的左端与外端盖固定连接，所述头部放大单元的滑移腔右侧相贯连接有位移放大通孔一，所述头部放大单元的滑移腔内滑动连接有头部活塞，所述头部活塞与所述外端盖之间设置有压电驱动器，所述头部活塞与所述滑移腔靠近所述位移放大通孔一的一侧之间填充有原液；
6.所述中间放大单元设置有若干个，所述中间放大单元的滑移腔右侧相贯连接有所述位移放大通孔二，所述中间放大单元的滑移腔内滑动连接有中间活塞；
7.所述尾部放大单元的的滑移腔右侧相贯连接有转接腔，所述转接腔的右侧与所述驱动终端转接单元固定连接，所述尾部放大单元的的滑移腔内滑动连接有尾部活塞，所述驱动终端转接单元的右端与执行单元连接；
8.所述执行单元为直驱放大或解旋放大。
9.优选的，所述驱动终端转接单元的右端与直驱执行单元连接或与柔性执行单元连接。
10.优选的，所述压电驱动器的一端与所述头部活塞固定连接，所述压电驱动器的另一端与所述外端盖固定连接。
11.优选的，所述中间活塞包括活塞内管一和活塞外管一，所述活塞内管一与上一级放大单元的位移放大通孔滑动连接，所述活塞外管一与所述滑移腔靠近所述位移放大通孔二的一侧之间填充有原液。
12.优选的，所述尾部活塞包括活塞内管二和活塞外管二，所述活塞内管二与所述位移放大孔二滑动连接，所述活塞外管二与所述驱动终端转接单元之间填充有原液。
13.优选的，所述活塞内管一的直径小于所述活塞外管一的直径，所述活塞内管二的直径小于所述活塞外管二的直径。
14.优选的，所述活塞内管一的直径与所述位移放大通孔一的直径相匹配，所述活塞内管二的直径与所述位移放大通孔二的直径相匹配，所述头部活塞、所述活塞外管一、所述活塞外管二的直径均与所述滑移腔的直径相匹配。
15.优选的，所述头部活塞、所述中间活塞和所述尾部活塞上均设置有密封槽，所述密封槽内填充有密封圈。
16.优选的，所述驱动终端转接单元的中部设置有转接终腔，所述转接终腔与所述转接腔相通。
17.优选的，所述直驱放大为直驱执行单元，所述解旋放大为半环形终端形变单元、环形终端形变单元、条形终端形变单元中的一种。
18.本发明的位移放大原理：
19.中间活塞的活塞内管一的直径小于活塞外管一的直径，二者的截面积不同，但在中间活塞受到挤压进行移动时，二者的位移相同。对于活塞内管一区域，由于头部放大单元的头部活塞的尺寸大，而中间放大单元的活塞内管一尺寸小，并且液体的可压缩性小，当头部活塞移动位移为l时，头部活塞推动原液，原液从滑移腔内向位移放大通孔一内移动，进而推动与位移放大通孔一滑动连接的活塞内管一移动，由于原液在滑移腔内和位移放大通孔一内的体积变化相同，并且位移放大通孔一的直径小于滑移腔的直径，所以在位移放大通孔一内移动的位移大于在滑移腔内移动的位移。
20.具体的活塞内管一的位移为l：
21.l＝l
×
(d/d)2；
22.d为头部活塞直径，
23.d为活塞内管一直径。
24.活塞内管一与活塞外管一的位移相同，而活塞外管一与尾部放大单元的尾部活塞又形成相同的位移放大效应，最终实现该机构对压电驱动器的位移放大。其中中间放大单元可以串联多个，以实现按需位移放大。
25.本发明的有益效果：
26.本发明基于液压放大来放大位移，主要包括两个方面，一方面是直驱放大，另一部分是柔性放大。其中直驱放大利用液体的高抗压特性，由于液体的可压缩性很弱，几乎不存在损耗和误差累积，同时由于液体不存在损耗，会具有较好的重复性和迟滞特性，可以实现任意比例的位移放大，而同时具有高精度和大行程，并且使用寿命长。
27.而柔性放大，利用液压增大带来的整体解旋而实现位移放大，包括半圆解旋、对称双半圆解旋，螺旋解旋等方式。该部分利用了液压的等压效应，即当液压增大时全部液体的压强一致，因此，整个螺旋部件的内壁面都会收到同等的压强，而在压强作用下恢复其直线状态，实现位移的增大，可应用于机器人的执行末端，如驱动足或者驱动臂等。
28.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
29.图1是本发明一种压电液压位移放大装置实施例的示意图；
30.图2是本发明一种压电液压位移放大装置除去活塞的示意图；
31.图3是本发明一种压电液压位移放大装置半环形终端形变单元原始状态的示意图；
32.图4是本发明一种压电液压位移放大装置半环形终端形变单元舒展状态的示意图；
33.图5是本发明一种压电液压位移放大装置环形终端形变单元原始状态的示意图；
34.图6是本发明一种压电液压位移放大装置环形终端形变单元舒展状态的示意图；
35.图7是本发明一种压电液压位移放大装置条形终端形变单元原始状态的示意图；
36.图8是本发明一种压电液压位移放大装置条形终端形变单元舒展状态的示意图。
37.附图标记：
38.1、头部放大单元；2、中间放大单元；3、尾部放大单元；4、驱动终端转接单元；5、滑移腔；6、外端盖；7、位移放大通孔一；8、头部活塞；9、压电驱动器；10、原液；11、位移放大通孔二；12、中间活塞；121、活塞内管一；122、活塞外管一；13、转接腔；14、尾部活塞；141、活塞内管二；142、活塞外管二；15、执行单元连接；151、半环形终端形变单元；152、环形终端形变单元；153、条形终端形变单元；154、末端板；16、密封槽；17、密封圈；18、转接终腔；19、压力平衡口。
具体实施方式
39.下面结合实施例，对本发明进一步描述，实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
40.实施例1
41.请参阅图1至图2，本发明提供了一种压电液压位移放大装置，包括依次连接的头部放大单元1、中间放大单元2、尾部放大单元3和驱动终端转接单元4，头部放大单元1、中间放大单元2、尾部放大单元3、驱动终端转接单元4的外侧均设置有连接部，相邻设置的连接部之间通过螺栓组件固定连接，便于将其连接稳定，并且方便安装拆卸。
42.头部放大单元1、中间放大单元2、尾部放大单元3的左侧均设置有滑移腔5，滑移腔5内均设置有活塞，用来实现位移放大。在头部放大单元1、中间放大单元2、尾部放大单元3的活塞与前一级单元之间均设置有压力平衡口19，保证非充盈液体的区域压强与外部一致。
43.具体的，头部放大单元1的左端与外端盖6固定连接。头部放大单元1的滑移腔5右侧相贯连接有位移放大通孔一7，头部放大单元1的滑移腔5内滑动连接有头部活塞8，头部活塞8的直径与滑移腔5的直径相匹配，头部活塞8主要实现第一级的位移放大。头部活塞8与外端盖6之间设置有压电驱动器9，压电驱动器9的一端与头部活塞8固定连接，压电驱动器9的另一端与外端盖6固定连接，进一步的压电驱动器9的两端使用环氧粘结剂或其它粘结剂实现固定连接。压电驱动器9为压电叠堆、压电堆栈、普通压电驱动器中的一种。头部活塞8与滑移腔5靠近位移放大通孔一7的一侧之间填充有原液10，头部活塞8在滑移腔5内移动挤压原液10，使原液10向位移放大通孔一7内移动。
44.中间放大单元2设置有若干个，中间放大单元2的滑移腔5右侧相贯连接有位移放大通孔二11，中间放大单元2的滑移腔5内滑动连接有中间活塞12，用于实现二级放大或多
级放大。中间活塞12包括活塞内管一121和活塞外管一122，活塞内管一121与上一级放大单元的位移放大通孔滑动连接，活塞外管一122与滑移腔5靠近位移放大通孔二11的一侧之间填充有原液10。
45.当上一级的滑移腔5中的原液10进入到位移放大通孔，便推动下一级的活塞内管一121移动，实现位移的放大，然后再推动活塞外管一122在下一级的滑移腔5内移动，实现位移放大效应的传递。其中，活塞内管一121的直径小于活塞外管一122的直径，活塞内管一121的直径与位移放大通孔一7的直径相匹配，活塞外管一122的直径与滑移腔5的直径相匹配。
46.尾部放大单元3的的滑移腔5右侧相贯连接有转接腔13，转接腔13的右侧与驱动终端转接单元4固定连接，驱动终端转接单元4的右端与执行单元连接15，驱动终端转接单元4的中部设置有转接终腔18，转接终腔18与转接腔13相通，从而将尾部放大单元3的位移放大效应通过驱动终端转接单元4传递到执行单元，从而实现对执行单元的位移驱动。
47.尾部放大单元3的的滑移腔5内滑动连接有尾部活塞14，尾部活塞14包括活塞内管二141和活塞外管二142，活塞内管二141与位移放大孔二滑动连接，活塞外管二142与驱动终端转接单元4之间填充有原液10。活塞内管二141的直径小于活塞外管二142的直径，活塞内管二141的直径与位移放大通孔二11的直径相匹配，活塞外管二142的直径与滑移腔5的直径相匹配。
48.上一级中间放大单元2中的中间活塞12挤压原液10，原液10从滑移腔5内进入到位移放大孔二中推动活塞内管二141移动，从而实现位移的放大，然后再推动活塞外管二142在滑移腔5内移动，将滑移腔5内的原液10向驱动终端转接单元4内挤压，从而将位移放大效应传递到驱动终端转接单元4。驱动终端转接单元4的右端与直驱执行单元，原液10进入到转接终腔18内直接推动直驱执行单元移动，将放大的位移进行输出。
49.头部活塞8、中间活塞12和尾部活塞14上均设置有密封槽16，密封槽16内填充有密封圈17，防止原液泄漏的同时也提高了活塞的稳定性，避免活塞在移动过程中发生晃动，进一步的提高了位移放大装置精度。
50.具体的工作原理：
51.压电驱动器9加载外部电压激励，产生伸长或者缩短，进而驱动头部放大单元1内的活头部塞发生位移，头部活塞8在滑移腔5内移动挤压原液10，使原液10向位移放大通孔一7内移动，原液10便推动中间放大单元2的活塞内管一121移动。位移放大通孔一7的直径小于滑移腔5的直径，但原液10在两者内的体积变化量相同，所以原液10在位移放大通孔一7内的位移要大于原液10在滑移腔5内的位移，实现了位移的放大。然后活塞内管一121在推动活塞外管一122在滑移腔5内移动再次挤压滑移腔5内的原液10，实现位移放大效应的传递，最终传递到驱动终端转接单元4，驱动终端转接单元4内的原液10直接推动直驱执行单元移动，将放大的位移进行输出。
52.实施例2
53.请参阅图3至图4，与实施例1的不同之处在于驱动终端转接单元4的右端与柔性执行单元连接15，柔性执行单元为半环形终端形变单元151，半环形中端变形单元的末端设置有末端板154，半环形终端形变单元151的内腔与驱动终端转接单元4的转接终腔18相通，其内也填充有原液10，当前面设置的尾端放大单元将原液10挤压到半环形终端形变单元151，
从而使半环形终端形变单元151内腔内的原液10收到挤压增大压强，会产生舒展形变，进而使得半环形终端放大单元的曲率半径变大，进而实现半环形终端的端部形变，实现半圆解旋，从而带动末端板154进行移动。
54.末端板154固在终端形变单元上，可以做为驱动足实现陆地机器人的驱动，或者空气及水下的驱动。末端板154采用柔性材料用于水下或空气驱动，采用刚性材料用于陆地驱动。
55.实施例3
56.请参阅图5至图6，与实施1的不同之处在于驱动终端转接单元4的右端与柔性执行单元连接15，柔性执行单元为环形终端形变单元152，环形终端形变单元152的中部一侧与驱动终端转接单元4连接，环形终端变形单元的中部另一侧连接有末端板154，环形终端形变单元152的内腔与驱动终端转接单元4的转接终腔18相通，其内也填充有原液10，当前面设置的尾端放大单元将原液10挤压到环形终端形变单元152，从而使环形终端形变单元152内腔内的原液10收到挤压增大压强，会产生舒展形变，进而使得环形终端放大单元的进行舒展变形，将环形结构逐步放大，实现双半圆解旋，从而带动末端板154进行移动。
57.实施例4
58.请参阅图7至图8，与实施1的不同之处在于驱动终端转接单元4的右端与柔性执行单元连接15，柔性执行单元为条形终端形变单元153，条形终端变形单元为螺旋结构，条形终端变形单元的内腔与驱动终端转接单元4的转接终腔18相通，其内也填充有原液10，当前面设置的尾端放大单元将原液10挤压到条形终端变形单元，从而使条形终端变形单元内腔内的原液10收到挤压增大压强，会产生舒展形变，进而使得条形终端变形单元进行舒展，进行螺旋解旋运动，实现位移的增大，可应用于机器人的执行末端，如驱动足或者驱动臂等。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种压电液压位移放大装置，其特征在于：包括依次连接的头部放大单元、中间放大单元、尾部放大单元和驱动终端转接单元，所述头部放大单元、所述中间放大单元、所述尾部放大单元的左侧均设置有滑移腔；所述头部放大单元的左端与外端盖固定连接，所述头部放大单元的滑移腔右侧相贯连接有位移放大通孔一，所述头部放大单元的滑移腔内滑动连接有头部活塞，所述头部活塞与所述外端盖之间设置有压电驱动器，所述头部活塞与所述滑移腔靠近所述位移放大通孔一的一侧之间填充有原液；所述中间放大单元设置有若干个，所述中间放大单元的滑移腔右侧相贯连接有所述位移放大通孔二，所述中间放大单元的滑移腔内滑动连接有中间活塞；所述尾部放大单元的的滑移腔右侧相贯连接有转接腔，所述转接腔的右侧与所述驱动终端转接单元固定连接，所述尾部放大单元的的滑移腔内滑动连接有尾部活塞，所述驱动终端转接单元的右端与执行单元连接；所述执行单元为直驱放大或解旋放大。2.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述压电驱动器的一端与所述头部活塞固定连接，所述压电驱动器的另一端与所述外端盖固定连接。3.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述中间活塞包括活塞内管一和活塞外管一，所述活塞内管一与上一级放大单元的位移放大通孔滑动连接，所述活塞外管一与所述滑移腔靠近所述位移放大通孔二的一侧之间填充有原液。4.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述尾部活塞包括活塞内管二和活塞外管二，所述活塞内管二与所述位移放大孔二滑动连接，所述活塞外管二与所述驱动终端转接单元之间填充有原液。5.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述头部活塞、所述中间活塞和所述尾部活塞上均设置有密封槽，所述密封槽内填充有密封圈。6.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述驱动终端转接单元的中部设置有转接终腔，所述转接终腔与所述转接腔相通。7.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述头部放大单元、所述中间放大单元、所述尾部放大单元、所述驱动终端转接单元均设置有连接部，相邻设置的所述连接部之间通过螺栓组件固定连接。8.根据权利要求1所述的一种压电液压位移放大装置，其特征在于：所述直驱放大为直驱执行单元，所述解旋放大为半环形终端形变单元、环形终端形变单元、条形终端形变单元中的一种。

技术总结

本发明公开了一种压电液压位移放大装置，包括依次连接的头部放大单元、中间放大单元、尾部放大单元和驱动终端转接单元，所述头部放大单元、所述中间放大单元、所述尾部放大单元的左侧均设置有滑移腔；所述头部放大单元的左端与外端盖固定连接，所述头部放大单元的滑移腔右侧相贯连接有位移放大通孔一，所述头部放大单元的滑移腔内滑动连接有头部活塞，所述头部活塞与所述外端盖之间设置有压电驱动器，所述头部活塞与所述滑移腔靠近所述位移放大通孔一的一侧之间填充有原液。本发明采用上述结构的一种压电液压位移放大装置，可以实现任意比例的位移放大，能够同时具有高精度和大行程。程。程。